[发明专利]一种推进剂液位高精度激光测量装置

说明书

本发明属于激光液位监测技术领域，具体为一种推进剂液位高精度激光测量装置。本发明装置包括：一体化光纤探头、半导体激光器阵列、窄脉冲激光器驱动、光电探测器阵列、时间数字转换器、时序发生器、主控制器、通讯控制器和推进剂存储罐；窄脉冲激光器驱动与多个半导体激光器连接组成激光器阵列；激光器阵列、探测器阵列分别与一体化光纤探头连接，时序发生器分别与窄脉冲激光器驱动、时间数字转换器连接，时间数字转换器与光电探测器阵列连接，主控制器与通讯控制器、时序发生器、时间数字转换器连接；一体化光纤探头布置在推进剂存储罐的顶部，用于探测存储罐内液面位置信息。本装置可替代传统的浮子式、电容式等液位测量方法，特别适用于动态液位测量，大幅度提升信息获取量以及探测速度，并减小安装空间。

技术领域

本发明属于液位监测技术领域，具体涉及一种低温或常温推进剂液位动态条件下高精度激光测量装置。

背景技术

低温或常温推进剂是一种易燃、易爆、易泄露的化学物质，主要有液氢、液氧、液态天燃气等，具有密度小，沸点低，易汽化等特点，测量条件特殊，液位动态变化，测量比较困难，准确地进行液位测量尤为困难。

目前液位测量主要采用浮子式、电容式等传统的液位测量方法，但是在使用发现有三个缺点：

1.单点测量为主，设备体积大、测量点数小，测量速度慢，无法满足全方位多点测量以及可视化测量要求；

2.当所测量的设备或环境出现震动或过载时，浮子法、电容法测量液位的方法无法准确，及时地测量液位高度；

3.电容式测量方法有电与低温燃料的直接接触，任何电与低温燃料的直接接触都会安全隐患，有很高的潜在风险。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于TOF(飞行时间)的低温或常温推进剂液位高精度激光测量装置。该装置测量速度快，在存储罐剧烈晃动和过载条件下，也能较为精确地测量液位，并且可以实时全方位地立体监测。

本发明提出的低温或常温推进剂液位高精度激光测量装置，是一种基于飞行时间(TOF)的面阵激光雷达液位测量系统，将激光光纤传感技术和面阵激光雷达技术相结合，其结构包括：一体化光纤探头8，半导体激光器阵列9，窄脉冲激光器阵列12，光电探测器阵列10，时间数字转换器11(TDC)，时序发生器13，主控制器14，通讯控制器15，低温推进剂存储罐17；激光器阵列9、光电探测器阵列10分别与一体化光纤探头8连接，窄脉冲激光器阵列12与半导体激光器阵列9连接，时序发生器13分别与窄脉冲激光器阵列12、时间数字转换器11连接，时间数字转换器11与光电探测器阵列10连接，主控制器14与通讯控制器15、时序发生器13、时间数字转换器11连接；一体化光纤探头8布置在低温推进剂存储罐17的顶部16，用于低温探测存储罐内液面位置信息。

本发明装置的工作流程如下：主控制器14给时序发生器13发送命令，时序发生器13产生脉冲序列，触发窄脉冲激光器阵列12(驱动电路)产生瞬态大电流注入半导体激光器阵列9，同时触发时间数字转换器11开始计时，设此时间为t₀；半导体激光器阵列9发出激光经过一体化光纤探头8传输及光学准直后，变成平行光，经过被测液面反射，返回一体化光纤探头8，到达光电探测器阵列10，记此时间为t₁；待时间数字转换器11收到t₁信号后，算出t₀，t₁之间的时间间隔t发送给主控制器14；依次地，主控制器14完成所有观测点扫描测量后，对所测的时间进行加权平均，根据算出平均液位，通过通讯控制器15输出测量结果；其中s为液面高度，c为光速。

另外可以根据观测点的安装位置(X-Y)-液面高度(Z)分布特征，建立液位三维数字模型，输出可视化图像。